CMOS逻辑门电路图形符号
CMOS门
两P增强型并联,两N增强型串联.-----与非门两P增强型串联,两N增强型并联------或非门PMOS门：低电平导通，高电平截止。
NMOS门：低电平截止，高电平导通。
带缓冲级的COMS门电路其输出电阻、输出高低电平均不受输入端状态的影响，电压传输特性更陡。
使用OD门时，一定要将输出端通过电阻接到电源上。
OD门的特点:1、通过改变V DD2的值,来改变输出高电平V OH的大小;2、OD门的输出管设计尺寸较大，故可以直接驱动小型继电器。
OD门的应用1、实现与或非逻辑Y=(AB)′·(CD)′=(AB+CD)′2、可以作为电平转换电路。
一般CMOS与非门的电平0 ~12V，而TTL门为0 ~ 3.6V。
若需要将CMOS的逻辑电平变为TTL的逻辑电平，只要将负载电阻接到5V电源即可。
3、实现数据采集。
V DD1R LAB Y图3.3.26 OD门工作电路OD门的逻辑符号1、 C=0，C ˊ=1输出V O =0.输入输出之间高阻态，传输门截至。
2、 C=1，C ˊ=0输出V O =V I 。
输入输出之间低阻态，传输门导通。
特点：1、 其输出端和输入端也可以互换使用2、 利用CMOS 传输门可以组成双向模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号CMOS 双向模拟开关电路是由CMOS 传输门和反相器组成，其工作原理为：当C ＝1,开关闭合，Vo ＝ V I ；当C ＝0 ,开关断开，Vo ＝0，输出高阻态。
CMOS 双向模拟开关：当C ＝1时，开关接通，输出电压为当C=0时，开关截止，V O =0.为得到尽量大且稳定的典雅传输系数，应使R L >>R TG三态输出的CMOS 逻辑门输出状态有三态：高电平，低电平，高阻态。
EN ˊ=0时，Y=A ˊ ITG ILTG L o vK v R R R v =+=ENˊ=1时，Y=Z（高阻态）ENˊ为使能端（控制端），为低电平有效。
另一种三态门：（注意简化图）当EN＝1时，T'2导通，Y ＝A；当EN＝0时，T'2、T1截止，输出为Y ＝Z（高阻态）。
MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图
MOS管及简单CMOS逻辑门电路原理图现代单片机主要是采用C MOS工艺制成的。
1、MOS管 MOS管又分为两种类型：N型和P型。
如下图所示：以N型管为例，2端为控制端，称为“栅极”；3端通常接地，称为“源极”；源极电压记作Vss，1端接正电压，称为“漏极”，漏极电压记作VDD。
要使1端与3端导通，栅极2上要加高电平。
对P型管，栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。
要使4端与6端导通，栅极5要加低电平。
在CMOS工艺制成的逻辑器件或单片机中，N型管与P型管往往是成对出现的。
同时出现的这两个CMO S2、CMOS逻辑电平高速CMOS电路的电源电压VDD通常为+5V；Vss接地，是0V。
高电平视为逻辑“1”，电平值的范围为：VDD的65%～VDD（或者VDD-1.5V～VDD）低电平视作逻辑“0”，要求不超过V DD的35%或0～1.5V。
+1.5V～+3.5V应看作不确定电平。
在硬件设计中要避免出现不确定电平。
近年来，随着亚微米技术的发展，单片机的电源呈下降趋势。
低电源电压有助于降低功耗。
VDD为3.3V的CMO S器件已大量使用。
在便携式应用中，VDD为2.7V，甚至1.8V的单片机也已经出现。
将来电源电压还会继续下降，降到0.9V，但低于VDD的35%的电平视为逻辑“0”，高于VDD的65%的电平视为逻辑“1”的规律仍然是适用的。
3、非门非门（反向器）是最简单的门电路，由一对CMO S管组成。
其工作原理如下：A端为高电平时，P型管截止，N型管导通，输出端C的电平与Vss保持一致，输出低电平；A端为低电平时，P型管导通，N型管截止，输出端C的电平与VDD一致，输出高电平。
4、与非门与非门工作原理：①、A、B输入均为低电平时，1、2管导通，3、4管截止，C端电压与V DD 一致，输出高电平。
与或非门电路
2. 固定频率TTL振荡器
2.3.4 门电路构成控制门
◆ 与门控制电路
可应用在什么地方？
◆ 或门控制电路
2.3.4 门电路组成单稳态触发器 ◆ 什么是单稳态触发器
单稳态触发器具有两个开关状态：一个是稳定状 态，另一个是非稳定状态，也称为暂态。
1. 微分型单稳态触发器逻辑电路
L L L L L L L L L L 4 1 2 3 1 2 3 1 2 3
3) 满足以上逻辑关系的产品分类电路，如下图所示：
2.3.3 门电路组成数字信号源
◆ 概 述 数字信号源可由产生脉冲波形的振荡电路构成。在数字电 路的应用中，它可提供连续的且具有一定频率（周期）的脉冲 信号。可作为微型计算机、单片机等数字电路的时钟信号源。 可应用在哪些地方？ ◆ 实 例
2.4.2 其他常用TTL门电路
1. 集电极开路门电路（OC门） ◆ 问题的提出 2. 三态门 3. 驱动电路 在实际应用中，有时要将n 个门电路的输 出端连接在一起，称为“线与”。 试分析：当其中一个F2输出为低电平，另一 个F1输出为高电平时会出现什么状况？
i
F1
F2
图2.37 i 过大一方面会使与非门F2的输出低电平状态受到破坏（使 L2=1）；另一方面会使与非门F1的T3管烧坏。所以，实际应用 中这种接法是不允许的。 ◆ 问题的解决 集电极开路的TTL门电路，又称“OC门”
2.2.1 TTL系列门电路
◆ TTL（晶体管—晶体管逻辑）门电路只制成单片集成电路。 输入级由多发射极晶体管构成，输出级由推挽电路（功率输出 电路）构成。标准TTL与非门如下图所示。 ◆ 标准TTL与非门 ◆ 电路工作原理
1. 电路组成 2. 逻辑关系 3. 分析负载情况
基本的逻辑运算表示式-基本逻辑门电路符号
基本的逻辑运算表示式-基本逻辑门电路符号1、与逻辑(AND Logic)与逻辑又叫做逻辑乘，通过开关的工作加以说明与逻辑的运算。
从上图看出，当开关有一个断开时，灯泡处于灭的，仅当两个开关合上时，灯泡才会亮。
于是将与逻辑的关系速记为：“有0出0,全1出1”。
图(b)列出了两个开关的组合，以及与灯泡的，用0表示开关处于断开，1表示开关处于合上的；灯泡的用0表示灭，用1表示亮。
图(c)给出了与逻辑门电路符号,该符号表示了两个输入的逻辑关系，&在英文中是AND的速写，开关有三个则符号的左边再加上一道线就行了。
逻辑与的关系还用表达式的形式表示为:F=A·B上式在不造成误解的下可简写为：F=AB。
2、或逻辑(OR Logic)上图(a)为一并联直流电路，当两只开关都处于断开时，其灯泡不会亮；当A,B两个开关中有一个或两个一起合上时，其灯泡就会亮。
如开关合上的用1表示，开关断开的用0表示；灯泡的亮时用1表示，不亮时用0表示，则可列出图(b)的真值表。
这种逻辑关系通常讲的“或逻辑”，从表中可看出，只要输入A,B两个中有一个为1，则输出为1，否则为0。
或逻辑可速记为：“有1出1，全0出0”。
上图(c)为或逻辑门电路符号，通常用该符号来表示或逻辑，其方块中的“≥1”表示输入中有一个及一个的1，输出就为1。
逻辑或的表示式为：F=A+B3、非逻辑(NOT Logic)非逻辑又常称为反相运算(Inverters)。
下图(a)的电路实现的逻辑功能非运算的功能，从图上看出当开关A 合上时，灯泡反而灭；当开关断开时，灯泡才会亮，故其输出F的与输入A的相反。
非运算的逻辑表达式为图(c)给出了非逻辑门电路符号。
复合逻辑运算在数字系统中，除了与运算、或运算、非运算之外，使用的逻辑运算还有是通过这三种运算派生出来的运算，这种运算通常称为复合运算，的复合运算有：与非、或非、与或非、同或及异或等。
4、与非逻辑(NAND Logic)与非逻辑是由与、非逻辑复合而成的。
CMOS门电路
3、CMOS反相器的主要特性 （1）电压传输特性和电流传输特性
CD：输入电压vI>VDD−│VTP│，vGSN=vI>VTN，│vGSP│=│vI−VDD│<│VTP│， TN导通而TP截止，输出vO≈0为低电平，iD≈0。
以上分析可以看出，CMOS反相器的特点：
⑴、静态功耗极低 静态时，CMOS反相器总有一个MOS管处于截止状态，仅有 极小漏电流流过。
当 VI= 5 V 时： NMOS管VGSN = 5V > V TN TN管导通。 PMOS管VGSP = 5V-V DD= 0 V < | V TP |，TP管截止。
综上分析：实现反相关系，F A
3、CMOS反相器的主要特性
（1）电压传输特性和电流传输特性
AB：输入电压vI<VTN，vGSN=vI<VTN，│vGSP│=│vI−VDD│>│VTP│，TP 导通而TN截止，输出vO≈VDD为高电平，iD≈0。
VDD+VD。保证加在C2上的电压，不超过其耐压极限。
☆ 当输入VI<－VD时：保护二极管D2导通，|i I| 随|VI|增加而增大。
(3)、输出特性
当输入VI为高电平时，负载管截止， 输入管导通。因此负载电流灌入输入端。
低电平输出特性是灌电流负载。
当输入VI为低电平时，负载管导 通，输入管截止。因此负载电流是拉 电流。
高电平输出特性是拉电流负载。
4、其它CMOS逻辑门 （1）CMOS传输门
CMOS传输门是由p沟道和n沟道增 强型MOS管并联互补组成。
电路组成： 两管漏源相连作 Vi / VO。（由
于D、S对称可以双向传输。）
两个栅极受一对控制信号控制。C , C
常用逻辑门电路的研究(一)A
实验内容
注意事项
集电极开路门
实验目的
实验原理
实验内容
注意事项
74LS03 引脚图
几种常用逻辑门的逻辑符号比较示例 标准 非门 与门 国标 或门 与非门 异或门
国外
三、实验内容
1、信号波形的测试
用信号源产生2KHZ方波，调整幅度，用示 方波，调整幅度， 用信号源产生
实验目的
波器实测峰峰值为 ，画出此波形。 波器实测峰峰值为4V，画出此波形。再用信号 实测峰峰值 源产生2KHZTTL信号，画出此波形，并与方波 TTL信号 画出此波形， 信号， 源产生 信号比较，得出相应结论。 信号比较，得出相应结论。
实验目的
这两个波形图，标出信号周期、 这两个波形图，标出信号周期、幅度和两信号 的相位关系。 的相位关系。
实验原理
实验内容
注意事项
四、注意事项
若出现故障，检测时因遵循以下步骤： 若出现故障，检测时因遵循以下步骤：
实验目的
1、检查电源及各使能端。 、检查电源及各使能端。 2、检查各集成块输入输出是否正常。 、检查各集成块输入输出是否正常。 （一级一级检查到集成块引脚，注意 一级一级检查到集成块引脚， 不要造成引脚短路。） 不要造成引脚短路。）
注意事项
二、实验原理
CMOS常用门电路 1. CMOS常用门电路
实验目的
四2 输入或非门
实验原理
实验内容
注意事项
CD4001 引脚图 F=A+B
四2 输入与非门
实验目的
实验原理
实验内容
注意事项
CD4011 引脚图
F= AB
六反相器
实验目的
实验原理
实验内容
数电CMOS逻辑门
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稳定性好
CMOS逻辑门的输出电压范围较小，不易受到温度和工艺变化的影响。
CMOS逻辑门的阈值电压也相对稳定，有利于提高数字电路的稳定性。
输入阻抗高
CMOS逻辑门的输入电路采用反相器结构，具有较高的输入阻抗。
高输入阻抗能够减小信号传输过程中的损耗，提高信号的保真度。
03
CMOS逻辑门的应用
在数字电路中的应用
新型CMOS逻辑门的研究
总结词
随着集成电路技术的发展，新 型CMOS逻辑门不断涌现，以
满足新的应用需求。
详细描述
新型CMOS逻辑门通过创新设 计理念和结构，提高性能、降 低功耗和减小尺寸。
总结词
新型CMOS逻辑门包括可重构 逻辑门、自适应逻辑门和神经 网络逻辑门等。
详细描述
这些新型逻辑门具有更高的灵 活性、自适应性和智能化水平 ，为未来集成电路的发展提供
输入级通常由一个或两个反 相器构成，用于实现逻辑非 的功能。
输出级由一个反相器和两个 串联的二极管构成，用于实 现逻辑与的功能。
CMOS逻辑门的制作工艺
CMOS逻辑门采用成熟的半导体制作工艺， 包括外延、光刻、腐蚀、扩散和蒸镀等工艺 。
外延工艺用于生长单晶硅层，光刻工艺用于 在硅片上形成电路图形，腐蚀工艺用于去除 不需要的硅层，扩散工艺用于掺杂不同元素 形成导电区域，蒸镀工艺用于形成金属导线
数电CMOS逻辑门
目 录
• CMOS逻辑门简介 • CMOS逻辑门的特点 • CMOS逻辑门的应用 • CMOS逻辑门的实现 • CMOS逻辑门的发展趋势
01
CMOS逻辑门简介
什么是CMOS逻辑门
CMOS逻辑门电路
CMOS逻辑门电路CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后，所开发出的第二种广泛应用的数字集成器件，从发展趋势来看，由于制造工艺的改进，CMOS电路的性能有可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件。
CMOS电路的工作速度可与TTL 相比较，而它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。
此外，几乎所有的超大规模存储器件，以及PLD器件都采用CMOS艺制造，且费用较低。
早期生产的CMOS门电路为4000系列，随后发展为4000B系列。
当前与TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可与TTL器件交换使用。
下面首先讨论CMOS反相器，然后介绍其他CMO逻辑门电路。
MOS管结构图MOS管主要参数：1.开启电压V T·开启电压（又称阈值电压）：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压；·标准的N沟道MOS管，V T约为3～6V；·通过工艺上的改进，可以使MOS管的V T值降到2～3V。
2. 直流输入电阻R GS·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比·这一特性有时以流过栅极的栅流表示·MOS管的R GS可以很容易地超过1010Ω。
3. 漏源击穿电压BV DS·在V GS=0（增强型）的条件下，在增加漏源电压过程中使I D开始剧增时的V DS称为漏源击穿电压BV DS·I D剧增的原因有下列两个方面：（1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿（2）漏源极间的穿通击穿·有些MOS管中，其沟道长度较短，不断增加V DS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区，使沟道长度为零，即产生漏源间的穿通，穿通后，源区中的多数载流子，将直接受耗尽层电场的吸引，到达漏区，产生大的I D4. 栅源击穿电压BV GS·在增加栅源电压过程中，使栅极电流I G由零开始剧增时的V GS，称为栅源击穿电压BV GS。
5. 低频跨导g m·在V DS为某一固定数值的条件下，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导·g m反映了栅源电压对漏极电流的控制能力·是表征MOS管放大能力的一个重要参数·一般在十分之几至几mA/V的范围内6. 导通电阻R ON·导通电阻R ON说明了V DS对I D的影响，是漏极特性某一点切线的斜率的倒数·在饱和区，I D几乎不随V DS改变，R ON的数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间·由于在数字电路中，MOS管导通时经常工作在V DS=0的状态下，所以这时的导通电阻R ON可用原点的R ON来近似·对一般的MOS管而言，R ON的数值在几百欧以内7. 极间电容·三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容C GS 、栅漏电容C GD和漏源电容CDS·C GS和C GD约为1～3pF·C DS约在0.1～1pF之间8. 低频噪声系数NF·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的·由于它的存在，就使一个放大器即便在没有信号输人时，在输出端也出现不规则的电压或电流变化·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示，它的单位为分贝（dB）·这个数值越小，代表管子所产生的噪声越小·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数·场效应管的噪声系数约为几个分贝，它比双极性三极管的要小一、CMOS反相器由本书模拟部分已知，MOSFET有P沟道和N沟道两种，每种中又有耗尽型和增强型两类。
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基本逻辑门电路图形符号
表 C1 列出了基本逻辑门电路的国际图形符号和限定符号（GB/T 4728.12-1996） 、国外流行图 形符号和曾用图形符号。
表 C1 基本逻辑门电路图形符号 序号 1 与门 & 名称 GB/T 4728.12-1996 限定符号 国标图形符号
&
国外流行图形符号
曾用图形符号
2
或门
≥1
≥1
1
3
非门
1
逻辑非入和出
&
4
与非门
5
或非门
≥1
& ≥1
6
与或非门
7
异或门
=1
=1
异或：不同为1；相同为0
=
8
同或门
=
=1
相同为1，不同为0
集电极开路 9 OC 门、 漏极 开路 OD 门 10 缓冲器 L 型开路输出
&
169
1
11
三态使能输 出的非门
EN
EN 1
输入使能
ห้องสมุดไป่ตู้
EN
12
传输门
n p a
X1 1 1
b
TG
注：在表的第三列列出了限定符号，限定符号有总限定符号、输入/输出限定符号、内部连接符 号、方框内符号、非逻辑连接和信息流指示符号等。 总限定符号用于表征逻辑单元的总逻辑功能，输入/输出限定符号标注在方框内输入端或输出 端，用于说明输入或输出的功能消息等等。
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